基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法技术

本发明专利技术公开了基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法，该方法具体为：首先建立充电与均衡组合充电系统模型，并获取充电电流模型和锂电池组充电模型；然后建立充电目标函数和充电约束条件；最后确定带最终状态约束条件的最小充电时间优化问题，并采用双层优化算法进行求解，底层求解最优充电电流和均衡电流，顶层求解最优充电时间。本发明专利技术采用充电与均衡组合充电系统以及双层优化算法，不仅可降低硬件成本，而且能在保证充电安全约束的前提下，使锂电池组的荷电状态以最短的充电时间达到期望值。

【技术实现步骤摘要】
基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法
本专利技术涉及一种锂电池组快速充电控制方法，具体涉及基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法，属于电池组充电控制

技术介绍
可充电锂电池作为应用最为广泛的可持续能源储存设备之一，因其具有能量密度高、循环寿命长等优点，在电动汽车(EV)、微电网等众多行业中得到了广泛的应用。充电是锂电池补充和储存能量的重要过程，充电策略的好坏极大地影响锂电池的性能和寿命。充电行为不当，如过充或过电流充电，会导致电池内部锂离子沉淀结晶、内压升高、温度升高，导致电池容量迅速衰减，严重时还会发生火灾爆炸。然而，较小的充电电流限制了充电速度，这将给电池的使用带来不便，并最终降低消费者的满意度水平。因此，需要一种快速充电策略，在保证电池安全的前提下，最大限度地缩短充电时间。目前已研究出大量的锂电池充电方法，但它们只专注于单个电池的充电控制，而不是更常用的电池组。对于电池组来说，能量最低的电池限制了整个电池组的可用容量，这是因为当电池组中的一个电池的SOC(荷电状态)达到其上限阈值时，必须终止本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，对锂电池组建立充电器与均衡器相组合的充电系统，根据该充电系统获取充电电流模型和锂电池组充电模型；针对由第1至第n个锂电池串联而成的锂电池组，所述充电系统包括充电器和第1至第n-1个均衡器，第i个均衡器用于实现第i和第i+1个锂电池之间的双向均衡，1≤i≤n-1，充电器用于为锂电池组提供外部充电电流；/n步骤2，根据充电系统的充电电流模型和锂电池组充电模型，建立充电目标函数和充电约束条件；/n步骤3，根据充电目标函数和充电约束条件，确定带最终状态约束条件的最小充电时间优化问题，并采用双层优化算法进行求解；...

【技术特征摘要】
1.基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对锂电池组建立充电器与均衡器相组合的充电系统，根据该充电系统获取充电电流模型和锂电池组充电模型；针对由第1至第n个锂电池串联而成的锂电池组，所述充电系统包括充电器和第1至第n-1个均衡器，第i个均衡器用于实现第i和第i+1个锂电池之间的双向均衡，1≤i≤n-1，充电器用于为锂电池组提供外部充电电流；
步骤2，根据充电系统的充电电流模型和锂电池组充电模型，建立充电目标函数和充电约束条件；
步骤3，根据充电目标函数和充电约束条件，确定带最终状态约束条件的最小充电时间优化问题，并采用双层优化算法进行求解；
所述采用双层优化算法进行求解的具体过程为：在底层，对于顶层给定的期望充电时间Jt，将带最终状态约束条件的最小充电时间优化问题转化为一个约束优化问题，运用内点法求出最优充电器电流和均衡器电流，使锂电池组最终SOC接近期望SOC；在顶层，采用二分搜索算法，将时间区域从初始设置范围收缩至期望的最小充电时间，同时使得底层求得的最终SOC与期望SOC之间的差异满足所需精度；最后，在满足最终状态约束条件下，得到使充电时间最小的最优充电电流和均衡电流。


2.根据权利要求1所述基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法，其特征在于，步骤1所述充电电流模型表示如下：









2≤i≤n-1
其中，表示第i个锂电池的总充电电流，Ic(k)表示充电器提供的充电电流，n表示锂电池组中的锂电池个数，k表示采样步长，βi表示第i个均衡器的能量传输效率，且0<βi<1，表示第i个均衡器提供的均衡电流，且为正数，系数ki和k′i表示如下：



其中，SOCi(0)、SOCi+1(0)分别表示第i、i+1个锂电池的初始SOC。


3.根据权利要求1所述基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法，其特征在于，步骤1所述锂电池组充电模型表示如下：
x(k+1)＝x(k)+D(1nu1(k)+B1u2(k))
y(k)＝f(x(k))+h(x(k))(1nu1(k)+B1u2(k))
z(k)＝min{x1(k),…,xn(k)}
其中，x(k+1)、x(k)均表示状态向量，SOC1(k),…,SOCn(k)表示第1至第n个锂电池的SOC向量，y(k)表示输出向量，表示第1至第n个锂电池的端电压，z(k)表示锂电池组SOC，u1(k)、u2(k)均为控制变量，u1(k)表示充电器提供的充电电流，表示第1至第n-1个均衡器提供的均衡电流，1n表示n维列向量，f(·)＝[f1(·),…,fn(·)]T∈Rn，fi(·)表示第i个锂电池开路电压与其SOC的非线性函数，h(·)＝diag{h1(·),…,hn(·)}∈Rn×n，hi(·)表示第i个锂电池内阻与其SOC的非线性函数，diag{·}表示对角矩阵，η0表示库伦效率，T表示采样时间，Qi表示第i个锂电池的标称容量，矩阵B1∈Rn×(n-1)表示如下：



其中，βi表示第i个均衡器的能量传输效率，ki和k′i均表示系数，1≤i≤n-1。


4.根据权利要求1所述基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法，其特征在于，步骤2所述充电目标函数和充电约束条件表示如下：
充电目标函数为：



其中，Jt表示充电时间目标函数，Je表示充电能耗目标函数，N表示充电步数，T表示采样时间，1n表示n维列向量，u1(k)、u2(k)均为...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳权，徐国团，王志胜，马瑞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32